一、磁场
磁极是通过磁场对铁钴镍类物质发生作用的，磁场和电场一样，是物质存在的另一种方式，是客观存在的。小n极的手册指北表明月球是一个大磁极。磁极周围空间存在磁场；电压周围空间也存在磁场。
电压周围空间存在磁场，电压是大量运动电荷产生的，所以运动电荷周围空间也有磁场。静止电荷周围空间没有磁场。
磁场存在于磁极、电流、运动电荷周围的空间。磁场是物质存在的一种方式。磁场对磁极、电流都有力的作用。
与用检验电荷检验电场存在一样，可以用小n极来检验磁场的存在。如图所示为证明通浊度线周围有磁场存在——奥斯特实验，以及磁场对电压有力的作用实验。
1．地磁场
月球本身是一个磁极，附近存在的磁场叫地磁场，地磁的北极在月球南极附近，地磁的南极在月球的北极附近。
2．地磁极周围的磁场分布
与条形吸铁石周围的磁场分布情况相像。
3．手册针
放到月球周围的手册针静止时才能手册北，就是遭到了地磁场作用的结果。
4．磁偏角
月球的地理两极与地磁两极并不重合，n极并非确切地手册或指北，其间有一个交角，叫地磁偏角，简称磁偏角。
说明：
①地球上不同点的磁偏角的数值是不同的。
②磁偏角随月球磁体平缓联通而平缓变化。
③地磁轴和月球自转轴的倾角约为11°。
二、磁场的方向
在电场中，电场方向是人们规定的，同理安培力方向判断，人们也规定了磁场的方向。
规定：在磁场中的任意一点小n极南极受力的方向就是那一点的磁场方向。
确定磁场方向的方式是：将一不受外力的小n极装入磁场中需测定的位置，当小n极在该位置静止时，小n极N极的指向即为该点的磁场方向。
磁极磁场：可以借助同名磁体相斥，异名磁体相吸的方式来判断磁场方向。
电压磁场：借助安培定则（也叫手指螺旋定则）判断磁场方向。
三、磁感线
在磁场中画出有方向的曲线表示磁感线。
磁感线特征：
（1）磁感线上每一点切线方向跟该点磁场方向相同。
（2）磁感线的明暗反映磁场的强弱，磁感线越密的地方表示磁场越强，磁感线越疏的地方表示磁场越弱。
（3）磁场中的任何一条磁感线都是闭合曲线，在磁极外部由N极到S极，在磁极内部由S极到N极。
以下各图分别为条形磁极、蹄形磁极的磁场：
说明：
①磁感线是为了形象地描述磁场而在磁场中假想下来的一组有方向的曲线，并不是客观存在于磁场中的真实曲线。
②磁感线与电场线类似，在空间不能相交，不能相切，也不能中断。
四、几种常见磁场
1．通电直导线周围的磁场
（1）安培定则：双手紧握导线，让并拢的手指所指的方向与电压方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向，这个规律也叫双手螺旋定则。
（2）磁感线分布如图所示：
说明：
①通电直导线周围的磁感线是以导线上各点为圆心的同心圆，实际上电压磁场应为空间图形。
②直线电压的磁场无磁体。
③磁场的强弱与距导线的距离有关，离导线越近磁场越强，离导线越远磁场越弱。
④图中的“×”号表示磁场方向垂直步入纸面，“·”表示磁场方向垂直离开纸面。
2．环型电压的磁场
（1）安培定则：让手指弯曲的四指与环型电压的方向一致，伸开的手指的方向就是环型导线轴线上磁感线的方向。
（2）磁感线分布如图所示：
（3）几种常用的磁感线不同画法。
说明：
①环形电压的磁场类似于条形吸铁石的磁场，其右侧分别是N极和S极。
②由于磁感线均为闭合曲线，所以环内、外磁感腰线数相等，故环内磁场强，环外磁场弱。
③环形电压的磁场在微观上可看成无数根很短的直线电压的磁场的叠加。
3．通电螺线管的磁场
（1）安培定则：用手指握紧螺线管，让弯曲时四指的方向跟电压方向一致，大手指所指的方向就是螺线管中心轴线上的磁感线方向。
（2）磁感线分布：如图所示。
（3）几种常用的磁感线不同的画法。
说明：
①通电螺线管的磁场分布：外部与条形吸铁石外部的磁场分布情况相同，两端分别为N极和S极。管内（边沿除外）是匀强磁场，磁场分布由S极指向N极。
②环形电压宏观上虽然就是只有一匝的通电螺线管，通电螺线管则是由许多匝环型电压串联而成的。为此，通电螺线管的磁场也就是这种环型电压磁场的叠加。
③不管是磁极的磁场还是电压的磁场，其分布都是在立体空间的，要熟练把握其立体图、纵截面图、横横面图的画法及转换。
4．匀强磁场
（1）定义：在磁场的某个区域内，假若各点的磁感应硬度大小和方向都相同，这个区域内的磁场称作匀强磁场。
（2）磁感线分布特征：宽度相同的平行直线。
（3）形成：距离很近的两个异名磁体之间的磁场除边沿部份外可以觉得是匀强磁场；相隔一定距离的两个平行放置的线圈通电时，其中间区域的磁场也是匀强磁场，如图所示：
五、磁感应硬度
1．磁感应硬度
为了表征磁场的强弱和方向，我们引入一个新的数学量：磁感应硬度。描述磁场强弱和方向的化学量，用符号“B”表示。
通过精确的实验可以晓得，当通电直导线在匀强磁场中与磁场方向垂直时，遭到磁场对它的力的作用。对于同一磁场，当电压加倍时，通浊度线遭到的磁场力也加倍，这说明通浊度线遭到的磁场力与通过它的电压硬度成反比。而当通浊度线宽度加倍时，它深受的磁场力也加倍，这说明通电导线遭到的磁场力与导线长也成反比。对于磁场中某处来说，通浊度线在该处受的磁场力F与通电电压硬度I与导线宽度L乘积的比值是一个恒量，它与电压硬度和导线宽度的大小均无关。在磁场中不同位置，这个比值可能各不相同，因而，这个比值反映了磁场的强弱。
（1）磁感应硬度的定义
定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电直导线，遭到的力的作用F，跟电压I和导线宽度L的乘积IL的比值，称作通电直导线所在处的磁场的磁感应硬度。
公式：B=F/IL。
（2）磁感应硬度的单位
在国际单位制中，B的单位是特斯拉（T），由B的定义式可知：
1特（T）=1牛（N）/安（A）·米（m）
（3）磁感应硬度的方向
磁感应硬度是矢量，除了有大小，并且有方向，其方向即为该处磁场方向。小n极静止时N极所指的方向规定为该点的磁感应硬度的方向，简称为磁场的方向。B是矢量，其方向就是磁场方向，即小n极静止时N极所指的方向。
2、磁通量
磁感线和电场线一样也是一种形象描述磁场硬度大小和方向分布的假想的线，磁感线上各点的切线方向即该点的磁感应硬度方向，磁感线的密疏，反映磁感应硬度的大小。为了定量地确定磁感线的条数跟磁感应硬度大小的关系，规定：在垂直磁场方向每平方米面积的磁感线的条数与该处的磁感应硬度大小（单位是特）数值相同。这儿应注意的是通常画磁感线可以按上述规定的任意数来作图，这些画法只能帮助我们了解磁感应硬度大小；方向的分布，不能通过每平方米的磁感线数来得出磁感应硬度的数值。
（1）磁路量的定义
穿过某一面积的磁感线的条数，称作穿过这个面积的磁路量，用符号φ表示。
化学意义：穿过某一面的磁感腰线数。
（2）磁路量与磁感应硬度的关系
按上面的规定，穿过垂直磁场方向单位面积的磁感腰线数，等于磁感应硬度B，所以在匀强磁场中，垂直于磁场方向的面积S上的磁路量φ=BS。
若平面S不跟磁场方向垂直，则应把S平面投影到垂直磁场方向上。
当平面S与磁场方向平行时，φ=0。
公式
（1）公式：Φ=BS。
（2）公式运用的条件：
a．匀强磁场；b．磁感线与平面垂直。
（3）在匀强磁场B中，若磁感线与平面不垂直，公式Φ=BS中的S应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积。
此时，式中即为面积S在垂直于磁感线方向的投影，我们称为“有效面积”。
（3）磁路量的单位
在国际单位中，铁损量的单位是韦伯（Wb），简称韦。磁路量是标量，只有大小没有方向。
（4）磁路密度
磁感线越密的地方，穿过垂直单位面积的磁感腰线数越多，反之越少，因而穿过单位面积的磁路量——磁通密度，它反映了磁感应硬度的大小，在数值上等于磁感应硬度的大小，B=Φ/S。
六、磁场对电压的作用
1．安培分子电压假说的内容
安培觉得，在原子、分子等物质微粒的内部存在着一种环型电压——分子电压，分子电压使每位物质微粒都成为微小的磁极，分子的一侧相当于两个磁体。
2．安培假说对有关磁现象的解释
（1）磁化现象：一根软木棒，在未被磁化时，内部各分子电压的取向零乱无章，它们的磁场相互抵消，对外不显磁性；当软磁棒遭到外界磁场的作用时，各分子电压取向显得大致相同时，两端显示较强的磁性作用，产生磁体，软木棍就被磁化了。
（2）磁极的消磁：磁极的低温或猛烈敲打，即在激烈的热运动或机械运动影响下，分子电压取向又显得零乱无章，磁极磁性消失。
磁现象的电本质
吸铁石的磁场和电压的磁场一样，都是由运动的电荷形成的。
说明：
①根据物质的微观结构理论，原子由原子核和核外电子组成，原子核带正电，核外电子带负电，核外电子在库仑引力作用下绕核高速旋转，产生分子电压。在安培生活的时代，因为人们对物质的微观结构尚不清楚，所以称为“假说”。并且如今，“假设”已成为真理。
②分子电压假说阐明了电和磁的本质联系，强调了磁性的起源：一切磁现象都是由运动的电荷形成的。
安培力
通浊度线在磁场中遭到的力称为安培力。
3．安培力的方向——左手定则
（1）右手定则
伸出右手，使大手指跟其余四个脚趾垂直，而且都跟手指在同一平面内，把手装入磁场，让磁感线穿过掌心，让伸出的四指指向电压方向，这么大手指所指方向即为安培力方向。
（2）安培力F、磁感应硬度B、电流I两者的方向关系：
①F安⊥I，F安⊥B，即安培力垂直于电压和磁感线所在的平面，但B与I不一定垂直。
②判断通浊度线在磁场中所受安培力时，注意一定要用右手，并注意各方向间的关系。
③若已知B、I方向，则F安方向确定；但若已知B（或I）和F安方向，则I（或B）方向不确定。
4．电压间的作用规律
同向电压互相吸引，异向电压互相抵触。
安培力大小的公式叙述
（1）当B与I垂直时，F=BIL。
（2）当B与I成θ角时，F=θ，θ是B与I的倾角。
推论过程：如图所示，将B分解为垂直电压的B2=Bsinθ和沿电压方向的B1=Bcosθ，B对I的作用可用B1、B2对电压的作用等效取代，F=F1+F2=0+B2IL=θ。
5．几点说明
（1）通浊度线与磁场方向垂直时，F=BIL最大；平行时最小，F=0。
（2）B对装入的通浊度线来说是外磁场的磁感应硬度。
（3）导线L所处的磁场应为匀强磁场。
（4）式中的L为导线垂直磁场方向的有效宽度。如图所示，直径为r的半方形导线与磁场B垂直放置，当导线圆通以电压I时，导线的等效宽度为2r，故安培力F=2BIr。
七、磁电式电压表
1．电压表的构造
磁电式电压表的构造如图所示。在蹄形吸铁石的两极间有一个固定的圆锥形铁芯，铁芯外边套有一个可以转动的铝框安培力方向判断，在铝框上绕有线圈。铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个表针，线圈的两端分别接在这两个螺旋弹簧上，被测电压经过这两个弹簧流入线圈。
2．电压表的工作原理
如图所示，设线圈所处位置的磁感应硬度大小为B，线圈宽度为L，宽为d，阻值为n，当线圈圆通有电压I时，安培力对转轴形成转矩：M1=2（Fd/2）=Fd，安培力的大小为：F=nBIL。故安培力的扭矩大小为M1=nBILd。
当线圈发生转动时，不论通过电缆线圈转入哪些位置，它的平面都跟磁感线平行，安培力的扭矩不变。
当线圈转过θ角时，这时表针偏角为θ角，两弹簧形成制约线圈转动的扭转扭力为M2，对线圈，按照扭力平衡有M1=M2。
设弹簧材料的扭转扭矩与偏转角成反比，且为M2=kθ。
由nBILd=kθ得I=kθ/nBLd。
其中k、n、B、I、d是一定的，因而有I∝θ。
由此可知：电压表的工作原理是表针的偏角θ的值可以反映I值的大小，且电压表刻度是均匀的，对应不同的θ在刻度盘上标出相应的电压值，这样就可以直接读取电压值了。
磁场对电压的作用
基础知识
一、安培力
1．安培力：通浊度线在磁场中遭到的斥力称作安培力。
说明：磁场对通浊度线中定向联通的电荷有力的作用，磁场对这种定向联通电荷斥力的宏观表现即为安培力。
2．安培力的估算公式：F＝θ（θ是I与B的倾角）；通浊度线与磁场方向垂直时，即θ＝90°，此时安培力有最大值；通浊度线与磁场方向平行时，即θ＝0°，此时安培力有最小值，F=0N；0°＜B＜90°时，安培力F介于0和最大值之间。
3．安培力公式的适用条件：
①公式F＝BIL通常适用于匀强磁场中I⊥B的情况，对于非匀强磁场只是近似适用（如对电压元），但对个别特殊情况仍适用。
如图所示，电压I1//I2,如I1在I2处磁场的磁感应硬度为B，则I1对I2的安培力F＝BI2L，方向向左，同理I2对I1，安培力往右，即同向电压相吸，异向电压相斥。
②根据力的互相作用原理，假若是磁极对通浊度体有力的作用，则通浊度体对磁极有反斥力。两根通浊度线间的磁场力也遵守牛顿第三定理。
二、左手定则
1．用右手定则判断安培力方向的方式：张开右手，使手指跟其余的四指垂直且与手指都在同一平面内，让磁感线垂直穿过掌心，并使四指指向电压方向，这时手指所在平面跟磁感线和导线所在平面垂直，大手指所指的方向就是通浊度线所受安培力的方向。
2．安培力F的方向既与磁场方向垂直，又与通浊度线垂直，即F跟BI所在的面垂直，但B与I的方向不一定垂直。
3．安培力F、磁感应硬度B、电流I两者的关系
①已知I、B的方向，可惟一确定F的方向；
②已知F、B的方向，且导线的位置确定时，可惟一确定I的方向；
③已知F、I的方向时，磁感应硬度B的方向不能惟一确定。
4．因为B、I、F的方向关系常是在三维的立体空间，所以求解本部份问题时，应具有较好的空间想像力，要擅于把立体图画弄成便于剖析的平面图，即画成俯瞰图，剖视图，侧视图等。
规律方式
1．安培力的性质和规律：
①公式F=BIL中L为导线的有效宽度，即导线两端点所连直线的宽度，相应的电压方向沿L由始端流向末端。如图所示，甲中：，乙中：L’=d(半径）＝2R（半圆环且直径为R)
②安培力的作用点为磁场圆通浊度体的几何中心；
③安培力做功：做功的结果将电能转化成其它方式的能。
2、安培力作用下物体的运动方向的判定
（1）电压元法：即把整段电压等效为多段直线电压元，先用右手定则判定出每小段电压元所受安培力的方向，进而判定整段电压所受合力方向，最后确定运动方向。
（2）特殊位置法：把电压或吸铁石转入一个易于剖析的特殊位置后再判定安培力方向，进而确定运动方向。
（3）等效法：环型电压和通电螺线管都可以等效成条形吸铁石，条形吸铁石也可等效成环型电压或通电螺线管，通电螺线管也可以等效成好多匝的环型电压来剖析。
（4）借助推论法：①两电压互相平行时无转动趋势，同向电压互相吸引，反向电压互相抵触；②两电压不平行时，有转动到互相平行且电压方向相同的趋势。
（5）转换研究对象法：由于电压之间，电压与磁极之间互相作用满足牛顿第三定理，这样，定性剖析磁极在电压磁场作用下怎样运动的问题，可先剖析电压在磁极磁场中所受的安培力，之后由牛顿第三定理，再确定磁极所受电压斥力，进而确定磁极所受合力及运动方向。
（6）剖析在安培力作用下通浊度体运动情况的通常步骤
①画出通浊度线所在处的磁感线方向及分布情况
②用右手定则确定各段通浊度线所受安培力
③)据初速方向结合牛顿定理确定导体运动情况
（7）磁场对通电缆线圈的作用：若线圈面积为S，线圈中的电压硬度为I，所在磁场的感应硬度为B，线圈平面跟磁场的倾角为θ，则线圈所受磁场的转矩为：M=θ。
磁场对运动电荷的作用
基础知识
一、洛仑兹力
磁场对运动电荷的斥力
1．洛伦兹力的公式：f=θ，θ是V、B之间的倾角。
2．当带电粒子的运动方向与磁场方向相互平行时，F＝0。
3．当带电粒子的运动方向与磁场方向相互垂直时，f=qvB。
4．只有运动电荷在磁场中才有可能遭到洛伦兹力作用，静止电荷在磁场中遭到的磁场对电荷的斥力一定为0。
二、洛伦兹力的方向
1．洛伦兹力F的方向既垂直于磁场B的方向，又垂直于运动电荷的速率v的方向，即F总是垂直于B和v所在的平面。
2．使用右手定则判断洛伦兹力方向时，伸开右手，让姆指跟四指垂直，且处于同一平面内，让磁感线穿过掌心，四指指向正电荷运动方向（当是负电荷时，四指指向与电荷运动方向相反）则姆指所指方向就是该电荷所受洛伦兹力的方向。
三、洛伦兹力与安培力的关系
1．洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中遭到的力，而安培力是导体中所有定向运动的自由电荷遭到的洛伦兹力的宏观表现。
2．洛伦兹力一定不做功，它不改变运动电荷的速率大小；但安培力却可以做功。
四、带电粒子在匀强磁场中的运动
1．不计重力的带电粒子在匀强磁场中的运动可分三种情况：一是匀速直线运动；二是匀速圆周运动；三是螺旋运动。
2．不计重力的带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨迹直径r=mv/qB；其运动周期T=2πm/qB（与速率大小无关）。
3．不计重力的带电粒子垂直步入匀强电场和垂直步入匀强磁场时都做曲线运动，但有区别：带电粒子垂直步入匀强电场，在电场中做匀变速曲线运动（类平抛运动）；垂直步入匀强磁场，则做变加速曲线运动（匀速圆周运动）。
规律方式
1、带电粒子在磁场中运动的圆心、半径及时间的确定
（1）用几何知识确定圆心并求直径。
由于F方向指向圆心，按照F一定垂直v，画出粒子运动轨迹中任意两点（大多是射入点和出射点）的F或直径方向，其延长线的交点即为圆心，再用几何知识求其直径与弧长的关系。
（2）确定轨迹所对应的圆心角，求运动时间。
先借助圆心角与弦切角的关系，或则是四边形顶角和等于360°（或2π）估算出圆心角θ的大小，再由公式t=θT/360°（或θT/2π）可求出运动时间。
（3）注意圆周运动中有关对称的规律。
如从同一边界射入的粒子，从同一边界射出时，速率与边界的倾角相等；在方形磁场区域内，沿径向射入的粒子，必沿径向射出。
2、洛仑兹力的多解问题
（1）带电粒子电性不确定产生多解。
带电粒子可能带正电荷，也可能带负电荷，在相同的初速率下，正负粒子在磁场中运动轨迹不同，造成双解。
（2）磁场方向不确定产生多解。
若只告知磁感应硬度大小，而未说明磁感应硬度方向，则应考虑因磁场方向不确定而造成的多解
（3）临界状态不唯一产生多解
带电粒子在洛伦兹力作用下飞跃有界磁场时，它可能穿过去，也可能偏转180°从入射界面那边反向飞出。另在光滑水平桌面上，一绝缘轻绳拉着一带电小球在匀强磁场中做匀速圆周运动，若绳忽然断后，小球可能运动状态也因小球带电电性，绳中有无拉力导致多解。
（4）运动的重复性产生多解。
如带电粒子在部份是电场，部份是磁场空间运动时，常常具有往复性，因此产生多解。
【例】如图所示，一直径为R的绝缘圆筒中有沿轴线方向的匀强磁场，磁感应硬度为B，一质量为m，带电荷量为q的正粒子（不计重力）以速率为v从筒壁的A孔沿直径方向步入筒内，设粒子和筒壁的碰撞无电荷量和能量的损失，这么要使粒子与筒壁连续碰撞，绕筒壁一周后刚好又从A孔射出，问：
①磁感应硬度B的大小必须满足哪些条件？
②粒子在筒中运动的时间为多少？
解析：①粒子射入圆筒后受洛仑兹力的作用而发生偏转，设第一次与B点碰撞，撞后速率方向又指向O点，设粒子碰撞n-1次后再从A点射出，则其运动轨迹是n段相等的弦长。
设第一段弧形的圆心为O’，直径为r，则θ=2π/2n=π/n，由几何关系得r=Rtanπ/n，又由r=mv/Bq，联立得:B=mv/Rqtanπ/n（n=1、2、3……）
②粒子运动的周期为：T=2πm/qB，将B代入得T=2πtan（π/n）R/v
弧AB所对的圆心角：
粒子由A到B所用的时间：
(n=3、4、5……)
故粒子运动的总时间为：
(n=3、4、5……)